Il s'agit d'un dessin de rayon POV d'une petite section du réseau d'une pérovskite imaginaire. Les atomes rouges sont des anions d'oxygène tandis que l'atome vert représente le plus gros cation, et l'atome central bleu le plus petit cation, typiquement avec un état d'oxydation plus élevé. J'ai créé ce fichier en écrivant un fichier XYZ à l'aide d'un tableur après avoir lu cotton et wilkinson, celui-ci a été édité à l'aide de l'éditeur de texte de l'ORTEP. ORTEP a été utilisé pour écrire le fichier pov, puis POVray a été utilisé pour le dessiner. Crédit :Wikimedia Commons.
Les physiciens de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont prouvé que la lumière entrante fait tourner les électrons dans les pérovskites chaudes, influençant ainsi la direction du flux de courant électrique. Ils ont ainsi trouvé la clé d'une caractéristique importante de ces cristaux, qui pourrait jouer un rôle important dans le développement de nouvelles cellules solaires. Les résultats sont maintenant publiés dans Actes de l'Académie nationale des sciences .
Le soleil est une source importante d'énergie renouvelable. Son énergie de rayonnement fournit de la chaleur, et la lumière du soleil peut être convertie en électricité grâce au photovoltaïque. Pérovskites, composés cristallins pouvant être fabriqués simplement par des procédés chimiques, sont considérés comme un matériau prometteur pour le photovoltaïque. Dans des conditions de laboratoire, les prototypes ont atteint des niveaux d'efficacité surprenants.
Il y a peu de connaissances sur les raisons précises pour lesquelles les pérovskites sont si puissantes. « Deux facteurs sont décisifs pour produire de l'énergie électrique de manière rentable à partir de la lumière du soleil, " déclare le Dr Daniel Niesner de la Chaire de physique des solides à la FAU. " D'une part, la lumière doit exciter autant d'électrons que possible dans une couche aussi fine que possible. De l'autre, les électrons doivent pouvoir circuler aussi librement que possible vers les électrodes qui captent le courant."
Les chercheurs soupçonnent que les pérovskites utilisent particulièrement bien la rotation des électrons pour un flux de courant efficace. "Chaque électron a un spin, similaire à la rotation intrinsèque d'une boule de billard, " explique Niesner. " Comme pour les boules de billard, où la rotation de la main gauche ou de la main droite lorsqu'ils sont touchés par la queue mène à un chemin incurvé sur la table, les scientifiques ont soupçonné que la rotation et le mouvement vers l'avant des électrons dans les pérovskites pourraient également être liés. »
Structure atomique ordonnée
Les physiciens de la FAU à Erlangen ont maintenant confirmé ce soupçon pour la première fois. Dans leurs expériences, ils ont utilisé un laser dont la lumière a également un spin ou un sens de rotation. Le résultat :si un cristal est exposé à la lumière avec une rotation à gauche, les électrons se déplacent vers la gauche. Si la direction de la lumière est inversée, le sens du flux d'électrons s'inverse également. "Les expériences démontrent clairement que le sens de rotation des électrons et le sens de circulation du courant sont liés."
Jusqu'à maintenant, les scientifiques ont supposé que la structure atomique des pérovskites était trop « ordonnée » pour un tel comportement. En réalité, des expériences avec des cristaux de pérovskite refroidis ne montrent qu'un lien très faible entre le sens de rotation des électrons et le sens de circulation du courant. "Cela change, cependant, lorsque les cristaux sont chauffés à température ambiante car le mouvement des atomes conduit à des déviations fluctuantes de la structure très ordonnée, " dit Nieser. " La chaleur permet aux cristaux de pérovskite de relier le sens de rotation et le flux des électrons. Un cristal 'normal' ne pourrait pas faire ça."
La découverte de la connexion entre la chaleur et le spin dans les électrons signifie que les chercheurs de la FAU ont découvert un aspect vital du flux inhabituel de courant dans les pérovskites. Leurs travaux pourraient contribuer à améliorer la compréhension de la haute efficacité énergétique de ces cristaux et à développer de nouveaux matériaux pour le photovoltaïque à l'avenir.
